科学探究：深入理解其概念与本质

1.科学探究概念

探究既探索研究,指努力寻求答案、解决问题。在《牛津英语词典》中,“探究”的定义是“求索知识或信息,特别是求真的活动;是搜寻、研究、调查、检验的活动;是提问和质疑的活动”。探究有广义与狭义之分,广义的探究泛指一切独立解决问题的活动,如人们通常所说的追根究底、好奇、好问,企图自己弄清真理等,是一种思维方式,是人类寻求信息和理解的过程;狭义的探究专指科学探究或科学研究。科学探究在本质上是科学家用来解决自然领域或科学问题的一种思维方式,它追求知识的精准性,具有广阔性、深刻性、独立性和敏捷性等思维品质和特点。

新课程观下的中学物理教学中的科学探究不是科学家的探究,而是学生以类似于或模拟科学家的科学探究方式所进行的一种学习方式,这种学习方式可以在课堂上进行,也可以在课外进行;既可以以学生动手实验为主进行探究,也可以以学生动脑探究为主;既可以以学习小组为单位进行合作探究,也可以学生个体进行独立探究。因此,中学物理教学所要求的科学探究,是学生在学习物理过程中应具有的一种基本的学习方式,是学生在教师指导下从学习生活和社会生活中选择并确定研究专题,用类似于科学研究的方式,主动地获取知识、应用知识、发现问题、分析问题、解决问题的学习活动和学习方式,是学习物理的过程中需要掌握的基本技能。

中学物理教学中的科学探究是学生构建知识、形成科学观念、领悟科学研究方法的活动过程。从物理教育的角度来看,我们可以从三个层面来理解科学探究：第一是观念层面,科学探究体现着现代科学观。科学不是已经完成和固化了的知识体系,而是人类对于自然界的永无止境的探究过程。科学的知识体系在探究过程中是不断发展、变化和完善的,是没有终结的;许多科学的结论是待证伪的,是在发现新的证据之后需要修订的。人类对于自然界的认识尚且如此,对于中学,其个体的认识也需要在探究的过程中不断地修正、发展。因此,物理学习的过程是一个不断转变自己对自然界的原有认识和观念的过程,是一个自觉地实现观念自我更新的过程。第二是思想方法层面,科学探究是科学家群体在长期探索自然规律的过程中所形成的有限的认识和实践方式,其中最重要的是科学思维方式,即通常所说的科学思维方法。当代科学教育理论认为,科学探究没有固定的模式,但有一些可以辨别的要素,如提出科学问题、建立假设、搜集证据、提出理论或模型、评估与交流展示,这些都是科学思想和工作方式的体现。在物理课程标准中,根据这些要素提出了对学生理解科学探究和发展科学探究能力的基本要求,其中给出的科学探究关键要素,我们在教学中决不能把它看作死记硬背的、僵化的、固定不变的教条。第三是操作技能层面,任何实验探究过程都需要某些思维和操作技能,如控制变量、使用仪器、记录和处理数据等。只有第三个层面可以在学生的动手操作过程中实现,而前两个层面就需要运用多种方式进行渗透。

有人认为,课堂教学提倡科学探究,很好办,就是把学生放开,让他们自己发现问题,自己动手实验就行了,这就是科学探究的学习方式。这种理解和认识是片面的。实际上,有这样一个事实我们不能忽视,即我们不可能把每个课堂或每一节课都用这种探究方式学习,也没有必要这样做,否则可能又会走到另一个极端。因此,科学地理解探究和用科学探究思想指导中学物理教学成为课改或课程实施的一个焦点课题。

2.科学探究的特征及要素

科学探究的特征,一是以培养科学素养为目的,让学生能够主动获得科学知识,掌握科学方法,养成科学态度和科学精神;二是既重结果又重知识的获得过程,不仅要学习知识,更为关键的是要在掌握知识、解决问题的过程中得到科学思维、科学方法和技能的有效训练,以及科学精神的养成;三是注重应用,科学探究重在知识技能的获得和应用,而不在于获得知识的数量;四是强调全体参与,要求学生积极参与,而且是深度的思维参与,不是表面的形式的参与;五是以学生为中心,教学要引起全体学生的全身心投入,使其认识、情感、意志及行为达到高度的统一状态,让学生对观察、提问、分类、测量、实验、推理、解释、预测等活动既感到有兴趣又力所能及;六是强调有意义学习,主要体现在探究的问题本身具有潜在的意义,学生具有意义学习的心向,解决问题的过程具有意义,学习的内化过程具有意义。

物理学科十分重视强调科学探究,科学探究学习方式是提高学生科学素养的一种重要而有效的途径。国家在设置义务教育物理课程的内容时,将科学探究纳入到了“课程内容”,指出“科学探究既是学生的学习目标,又是重要的教学方式。将科学探究纳入‘课程内容’,旨在让学生经历与科学工作者进行的相似的探究过程,主动获取物理知识,领悟科学探究方法,发展科学探究能力,体验科学探究的乐趣,养成事实求是的科学态度和敢于创新的科学精神”。《义务教育物理课程标准》(2011年版)中的科学探究包含提出问题、猜想与假设、设计实验与制订计划、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作七个要素,并对这些要素分别提出了“科学探究能力的基本要求”。科学探究的形式是多种多样的,在学生的科学探究中,其探究过程可涉及所有要素,也可只涉及部分要素,对各个要素可以不必面面俱到。(www.xing528.com)

《普通高中物理课程标准》(修订版)(征求意见稿)把“科学探究”作为物理学科核心素养之一,指出“科学探究”是提出科学问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释,以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。“科学探究”主要包括问题、证据、解释、交流与合作等要素。高中物理课程标准将物理核心素养分为五级水平,“科学探究”的五级水平分别是：

水平一：具有初步的问题意识;能在他人指导下使用简单的器材收集数据;能根据数据得到简单的结论;具有与他人交流成果、讨论问题的意识。

水平二：能通过观察物理现象,提出物理问题;能根据已有的科学探究方案,使用基本的器材获得数据;能根据科学探究目的整理数据,得到简单的结论;能撰写简单的报告,陈述科学探究过程和结果。

水平三：能分析观察物理现象,提出可探究的物理问题;能在他人帮助下制订简单的科学探究方案,使用基本的器材,获得数据;能对数据进行整理分析,发现特点,形成结论;能撰写实验报告,用学过的物理术语、图表等陈述科学探究过程和结果。

水平四：能分析相关事实或结论,提出可探究的物理问题,作出初步的猜测与假设;能制订科学探究方案,选用合适的器材,获得数据;能分析数据,发现规律,形成结论,尝试用已有物理知识进行解释;能撰写完整的实验报告,对科学探究过程与结果进行交流和反思。

水平五：能面对真实情境,从不同角度提出并正确表述可探究的物理问题,作出有依据的猜测;能制订科学探究方案,正确使用器材获得数据;能用多种方法对数据进行描述和分析,发现规律,形成结论,用已有物理知识进行解释;能撰写完整规范的科学探究报告,交流、反思科学探究过程与结果。